1. 서 론

우리나라에서는 도로 하부지반의 품질 관리 기준을 현장다짐도와 평판재하시험(plate bearing test, 이하 PBT)의 지지력 계수에 기반하여 결정하고 있다. PBT(KS F 2310)는 도로의 노상, 노반을 대상으로 지지력 계수를 산출하는 시험으로 현재 국내에서 가장 많이 사용되는 노상 다짐 평가 기법이다(KS, 2000). 일반적으로 30cm 평판을 활용한 재하시험으로 획득한 지지력 계수를 이용하여 노상 다짐 기준을 검토하고 있다. 하지만, PBT의 경우 반력 확보를 위하여 중차량의 반입이 반드시 필요하고 시험시간이 길고 절차가 번거로워 시험자의 숙련도가 중요하다는 단점이 지니고 있으며, 특히 시험시 표층에 국한하여 지지력 계수를 추정하게 되어 실제 다짐도보다 과다 평가가 될 가능성이 많다(Park et al., 2007). 상대다짐도시험은 현장에서 현장들밀도시험(KS F 2311)로 구한 건조단위중량(γ_d, kN/m³) 및 지반 함수비와 흙의 다짐시험방법(KS F 2312)으로 획득한 최대건조밀도(γ_d-max)를 이용하여 다짐도를 계산하는 시험 방법이다(KS, 2001). 하지만, 이러한 상대다짐도시험은 표층으로부터 10cm 이하 깊이만 검증할 수 있고 시험 시점을 시공 기술자의 경험에만 의존하는 단점이 있다(Youn and Oh, 2013).

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 지난 40여년 동안 국내외 많은 연구자들은, 특히 평판재하시험을 대체할 수 있도록 간편성, 신속성, 경제성, 접근성 등이 우수하도록 제작된 동평판재하시험(dynamic plate bearing test, 이하 DPBT)과 동적 콘 관입 시험(dynamic cone penetrometer test, 이하 DCPT) 등을 이용한 다양한 연구를 진행하고 있다(Kleyn, 1975; Harison, 1989; Livneh et al., 1993; De Beer, 1990; FHWA, 2002; An et al., 2004; Kim et al., 2006; Youn and Oh, 2013). DCPT는 steel rod하단에 팽이 모양의 콘을 부착하고 상부에 있는 해머를 통해 노상에 낙하·관입하여 콘의 관입량에 달하는 타격횟수를 연속적으로 실측하는 시험이다. 일반적으로 현장에서 사용되는 DCPT는 2.5cm의 깊이마다 타입에 요하는 타격횟수를 측정하고 2.5cm의 관입량에 따른 항타수를 통하여 DCP Index(mm/blow)를 계산한다. 과거 수행된 연구결과를 보면 DCP Index는 노상층에서의 CBR값을 추정하기 위하여 이용되어져왔다(ASTM, 2015). 동평판재하시험(dynamic plate bearing test, 이하 DPBT)은 지표에서 수행하지만 지표에서 약 60cm 정도 하부까지의 지반 강성을 측정할 수 있으며, 시험법이 매우 간편하고 정확도가 높은 것으로 알려져 최근 지반의 다짐도 평가 등 지반의 강성 평가를 위해 최근 주목을 받고 있는 시험장비이다(Kim et al., 2013).

이에 본 연구에서는 다양한 다짐평가기법을 통한 노상토의 지지력 평가를 위하여 국내 포장 하부구조 다짐 판정 기준인 노상 층당 마무리 두께인 20cm 뿐만 아니라 30cm와 40cm에서의 노상토의 지지력을 평가하였으며, 각각의 다짐평가기법에 의한 결과들에 대하여 상관관계를 비교·분석하였다.

2. 다짐도 평가기법

포장 하부구조 다짐관리 잠정지침에 따르면 노상의 다짐평가를 위하여 PBT, 상대다짐도시험, DCPT, 소형충격재하시험 등을 실시하도록 규정하고 있으며, 다짐 검사를 실시한 후 결과 값이 Table 1의 다짐 기준에 부합하지 않는 경우 지속적인 다짐을 통하여 다짐 기준에 부합되는 다짐도를 얻도록 되어있다(MOLIT, 2011). Fig. 1(a) 및 (b)에 나타난 첫 번째와 두 번째 다짐평가 시험방법은 한국 산업규격(KS F)의 제규정에 의한 PBT와 상대 다짐도를 구하기 위한 현장들밀도시험이다(KS, 2000; KS, 2001). PBT와 현장들밀도시험의 경우 시험 시 표층에 국한하여 지지력 계수 및 상대다짐도를 추정하게 되어 있으며, 시험 시점을 시공 기술자의 경험에만 의존하는 등 경험적 판단에 근거하고 있는 단점을 지니고 있어, 실제 지지력과 다짐도를 정확히 측정하는데 많은 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.

앞서 언급한 PBT와 상대다짐도시험이 지닌 단점으로 인하여 현재 국내에서는 탄성계수에 근거한 역학적 다짐관리를 위하여 PBT를 대체할 수 있는 DCPT와 DPBT를 이용한 연구들이 많이 진행되고 있다. 세 번째 다짐평가 시험방법은 Fig. 1(c)의 DCPT로 2.5cm의 깊이마다 타입에 요하는 타격횟수를 측정하고 2.5cm의 관입량에 따른 항타수를 통하여 DCP Index(mm/blow)를 계산하게 된다. 과거 수행된 연구결과를 보면 DCP Index는 식 (1)과 같이 노상층에서의 CBR값을 추정하기 위하여 이용되어져왔다(ASTM, 2015).

(1)

또한, 노상에서의 DCP Index와 설계탄성계수 M_R값의 상관관계식은 식 (2)와 같으며, 이를 통해 설계탄성계수 M_R값에서 설계 DCP Index 기준 값을 계산할 수 있다. 포장 하부구조 다짐관리 잠정지침에 따르면 현장에서 구한 현장 DCP Index와 설계 DCP Index를 비교하여 현장 DCP Index가 설계 DCP Index 값보다 작으면 노상 다짐이 완료되었다고 판정하고, 그렇지 못할 경우 재다짐 등을 통해 노상의 현장 DCP Index값이 설계 DCP Index 값 이하가 되도록 조치하여야 한다고 제시하고 있다(MOLIT, 2011)

 (2)

하지만 DCPT는 굵은 골재가 포함되어 있는 재료의 경우 실험적 오차가 많이 발생하기도 하며, 데이터 분석 시 주관적 판단에 의해 좌우되는 단점을 지니고 있다(Kim et al., 2006). 또한, 현재 국내에서 여러 연구자들은 광역 부지나 현장 접근성이 용이하지 않은 산지와 같은 현장에서 지반조사를 신속·정확하게 수행하기 위한 목적으로 DCPT의 개량을 통하여 표준관입시험과의 상관관계를 분석하는 연구를 진행하였다(Oh et al., 2009; Kim et al., 2014).

마지막 다짐평가 시험 방법은 Fig. 1(d)에서 보여주고 있는 DPBT로 PBT보다 빠르게 지반의 강성을 측정할 수 있는 장비이며, 동탄성계수를 평가하기 위해 Light Weight Defelctometer를 이용하여 낙하에너지에 대한 침하량을 측정하는 시험이다. 동평판재하시험은 1인 시험이 가능하고 시험데이터를 바로 확인할 수 이어 설계　변형계수 값을 현장에서 직접 비교할 수 있으며, 설계기준에 미달하는 지점을 간편하게 추정할 수 있어 도로 하부구조 다짐관리에서 유용하게 활용될 수 있다(Youn and Oh, 2013). 본 연구에서는 독일의 “흙과 암으로 건설하는 도로의 기술시방서 TP BF-StB Teil B 8.3”에 제시되어 있는 Light Drop Weight Tester ZFG2000을 이용하였다. 본 연구에서 사용된 DPBT는 동적 재하를 위하여 10kg의 추 및 직경 300mm의 재하판을 사용하였으며, 본 장비로 재하로 인한 처짐은 0.2∼30mm까지 측정할 수 있다.

3. 현장시험

3.1 현장조건

노상토 지지력평가 및 여러 다짐평가기법의 상관성 분석을 위하여 본 연구에서는 총 3회의 현장시험을 수행하였다. 1차 현장시험(field test 1)은 경북 포항에 위치한 □□ 고속도로 △△공구에서 수행되었으며, 2차 현장시험(field test 2)은 경기도 이천에 위치한 ○○ 국도 XX공구 현장에서 수행되었다. 마지막으로, 3차 현장시험(field test 3)은 강원도 양양에 위치한 ◇◇ 고속도로 ▽▽ 공구에서 수행되었으며, Fig. 2는 각각의 현장시험 현장을 나타내고 있다. 현장시험에 앞서 본 연구에서는 각각의 현장시험부지가 노상토의 지지력을 평가하기 위한 시험부지로 적합한지를 판단하기 위하여 세 곳의 현장시험부지 원지반에 대해 평판재하시험을 실시하였다. 평판재하시험 결과 1차 현장시험부지의 지지력계수 K₃₀은 459MN/m³, 2차 현장시험부지의 지지력계수 K₃₀은 227.4∼236.2MN/m³, 3차 현장시험부지의 지지력계수 K₃₀은 237.6∼248.2MN/m³로 나타났다. 따라서, 각각 현장시험부지의 원지반 지지력계수 K₃₀은 도로교통표준시방서(MOLIT, 2009)에서 제시하고 있는 시멘트 포장 노체 품질 기준인 98.1MN/m³을 상회하는 것으로 나타나 노상토 지지력 평가를 수행하기에 적합한 것으로 나타났다.

노상토 지지력 평가를 위하여 본 연구에서는 현장시험에 사용할 성토 재료가 노상토 기준을 만족하는지 여부를 판단하기 위하여 한국 산업규격(KS F)의 제규정에 의하여 기본 물성 실험을 실시하였다. Fig. 3은 각 현장시험에서 사용한 노상토의 입도분포곡선을 나타내고 있으며, Table 2는 각 성토재료의 기본 물성치를 나타내고 있다. Table 2에서 나타난 바와 같이 각 현장시험에 사용한 성토재료는 도로교통표준시방서(MOLIT, 2009)에서 제시하고 있는 노상 재료의 품질기준인 최대치수 100mm이하, 수정CBR 10이상, 5mm체 통과율 25∼100%, 소성지수 10이하, 다짐 후 최대 건대밀도 1.5t/m³이상을 만족하고 있는 것으로 나타나, 노상토 지지력 평가를 위한 현장시험에 적합한 것으로 나타났다.

3.2 현장시험방법

현행 국내 포장 하부구조 다짐 판정 기준에 의하면 노상의 경우 1층 다짐 완료 후 두께가 20cm 이하로 제시되고 있으며, 설계두께 10%이상 증감이 불가하도록 하고 있다(MOLIT, 2009). 하지만, 본 현장시험은 기존 기준인 20cm뿐만 아니라 층당 마무리 두께가 50% 및 100% 증가된 30cm와 40cm에서의 노상토에 대한 지지력을 추가적으로 수행하였다. 노상토의 지지력 평가를 위하여 본 연구에서는 앞서 언급한 바와 같이 경북 포항, 경기 이천, 강원 양양 등에서 세 차례 현장시험을 수행하였다. 포장 하부구조 다짐관리 잠정지침에 따르면 시험시공의 규모는 폭 10m와 길이 50m에 해당하는 500m²를 표준으로 제시하고 있으며, 길이 15m, 20m, 15m의 세구간 내에서 다짐평가 시험을 수행하도록 제시하고 있다(MOLIT, 2011). 하지만, 본 현장시험의 경우 2차 현장시험에서는 지침에서 제시하고 있는 시험시공 규모인 500m²를 사용하였으나, 1차와 3차 현장시험의 경우 현장상황으로 인하여 지침에서 제시하고 있는 시험규모보다 작은 폭 5m, 길이 20m에 해당하는 100m²에서 규모로 현장시험을 수행하였다. 각 현장시험에서 노상토의 지지력 평가를 위하여 1차 현장시험은 노상두께 20cm, 30cm, 40cm 당 각각 100m²의 시험부지를, 2차 현장시험은 노상두께 20cm, 30cm, 40cm 당 각각 500m²의 시험부지를, 마지막으로 3차 현장시험은 노상두께 20cm, 30cm, 40cm 당 각각 100m²의 시험부지를 사용하였다. 노상토 포설에 앞서 다짐작업 후 목표 노상두께와 일치하는지를 확인하기 위하여 Fig. 4에서 나타난바와 같이 목표 노상 두께인 20cm, 30cm, 40cm에 맞춰 폴(고춧대)에 리본 또는 테이프를 붙인 후 각각의 시험부지마다 양쪽에 8개의 폴을 현장시험부지 원지반에 설치하였다. 

각 현장시험에서의 다짐작업은 덤프트럭을 이용한 노상토 포설, 그레이더 또는 굴삭기를 이용한 평탄화작업, 진동롤러 및 타이어롤러를 이용한 다짐작업 순으로 수행하였으며, Fig. 5는 2차 현장시험에서의 다짐작업을 보여주고 있다. 특히, 그레이더 또는 굴삭기를 이용한 평탄화 작업의 경우 롤러 다짐 후 각각 목표 노상두께의 20cm, 30cm, 40cm를 맞추기 위하여 목표 다짐두께보다 10% 높게 평탄화 작업을 수행한 후 진동롤로 및 타이어롤러를 이용하여 다짐 작업을 수행하였다.

1차 현장시험 사용된 진동롤러는 Ingersoill-Rand사에서 제작한 15톤급의 SD-150D를 사용하였으며, 2차 현장시험에서는 1차 현장시험과는 달리 Dynapac사에서 제작한 10톤 급 진동롤러 CA250D-II와 Sakai사에서 제작한 타이어롤러 TS150을 조합하여 현장 다짐을 수행하였다. 3차 현장시험은 2차 현장시험과 마찬가지로 Caterpillar사에서 제작한 10톤급의 CS54와 Sakai사에서 제작한 T600C를 조합하여 현장다짐을 수행하였다. 진동롤러의 경우 0∼ 10km/h의 속도로 이동이 가능하지만 본 연구의 현장시험에서는 3∼4km/h의 속도를 기본으로 현장다짐을 수행하였으며, 타이어롤러의 경우 이보다 작은 2km/h의 속도로 현장다짐을 수행하였다. 현장다짐 수행 후 Fig. 6처럼 각 노상 두께 조건 별 양쪽에 설치된 폴과 실을 이용하여 위치별 노상 두께를 확인하였으며, 모든 조건에서 목표 두께 대비 10%를 초과하는 곳은 없는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 앞서 언급한 Fig. 1의 네가지의 다짐도 평가기법을 이용하여 노상토의 지지력을 측정하여 그 결과를 비교, 분석하였다. Table 3은 각 현장시험에서 수행한 다짐 평가 종류 및 횟수를 나타내고 있다. 1차 현장시험은 진동롤러를 이용하여 5회, 10회, 20회 다짐 후 PBT, 현장들밀도, DCPT 등 세가지 다짐 평가 기법을 사용하여 노상토 지지력을 평가하였으며, 2차 현장시험은 진동롤러 및 타이어롤러를 조합하여 4회, 6회, 8회, 10회, 12회, 14회, 24회, 30회 다짐 후 PBT, DCPT, DPBT 등 세가지의 다짐 평 기법을 사용하여 노상토의 지지력을 평가하였다. 마지막으로 3차 현장시험은 진동롤러 및 타이어롤러를 조합하여 24회 다짐 후 PBT, 현장들밀도, DCPT, DPBT 등 네가지 다짐 평가 기법을 사용하여 노상토의 지지력을 평가하였으며, 우천으로 인하여 28회 다짐 후에는 현장들밀도시험만을 실시하였다. 각각의 다짐 평가는 PBT를 기준으로 반경 2m 이내에서 수행하였다. 또한, 2차 현장시험의 경우 40cm 평판을 활용한 재하시험으로 획득한 지지력 계수 K₄₀에 1.3을 곱하여 K₃₀으로 환산하였다.

3.3 현장시험결과

Fig. 7은 1차 현장시험에서 수행된 노상두께 20cm와 30cm 조건에서의 10회 다짐 후와 노상두께 40cm 조건에서의 20회 다짐 후에 실시한 DCPT를 이용하여 계산되어진 깊이별 DCP Index 예를 보여주고 있다. 이와 같이, 여러 다짐 평가 시험 방법 중 DCPT는 Fig. 7에서 나타난바와 같이 깊이별 DCP Index를 계산한 후 노상두께조건에 따른 층깊이 평균값을 산정하여 나머지 다른 다짐 평가 시험 결과와 함께 Table 4부터 Table 6에 정리하였다. 각 현장시험 별 함수비의 경우 1차 현장시험과 3차 현장시험은 현장들밀도시험을 통하여 함수비를 측정하였다. 1차 현장시험의 경우 노상 품질 기준인 ±2%를 약간 초과하는 평균 7.2%로 나타났으며, 3차 현장시험의 경우 노상 품질 기준인 ±2%이내인 10.2%로 나타났다. 2차 현장시험의 경우 노상두께 20cm, 30cm, 40cm 조건에 대하여 각각 1회씩 급속함수량시험기를 이용하여 함수비를 측정하였으며, 노상 품질 기준인 ±2%이내인 평균 9.5%로 나타났다.

1차 현장시험의 경우 노상 두께 20cm의 1층부터 시작하여, 20cm 조건의 2층, 20cm 조건의 3층, 30cm 1층, 30cm 2층, 40cm 조건의 1층, 40cm 조건의 2층 순으로 다짐 평가 시험을 수행하였다. Table 4에서 나타난 바와 같이 PBT를 이용한 K₃₀와 다짐도의 경우 5회 다짐 시 도로교통표준시방서(MOLIT, 2009)에서 제시하고 있는 시멘트 노상 품질 기준인 147.1MN/m³을 만족하지 못하는 것으로 나타났으나, 다짐횟수 5회 추가 시 노상두께 20cm와 30cm에서 PBT를 이용한 K₃₀의 경우 모두 시멘트 노상 품질 기준인 147.1MN/m³을 만족하는 것으로 나타났다. 노상두께가 40cm인 경우 다짐횟수 10회에서는 PBT를 이용한 K₃₀의 경우 모두 시멘트 노상 품질 기준인 147.1MN/m³을 만족하지 못하는 것으로 나타났으나, 추가 10회 다짐 시 시멘트 노상 품질 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 하지만, PBT를 이용한 K₃₀이 노상 품질 기준을 만족하였어도 다짐도의 경우 노상 품질 기준인 95%를 만족하지 못하는 경우도 발생하였는데, 이는 현장들밀도시험 시 주변에서 덤프트럭 운행 및 진동롤러의 다짐작업이 간헐적으로 이루어져, 이로 인한 지반진동이 현장들밀시험에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. DCPT의 경우 일반적으로 현장 CBR 20% 이상에 해당되는 DCP Index 15mm/blow 이하 시 노상은 충분한 지지력을 가졌다고 알려져 있으며, 이 기준을 적용할 경우 1차 현장시험의 DCPT 결과는 모두 기준치를 만족하는 것으로 판단된다(An et al., 2004). 또한, 1차 현장시험의 경우 2차 및 3차 현장시험에서 사용된 10톤 진동롤러보다 다짐에너지가 큰 15.6톤 진동롤러를 사용하였기 때문에 적은 다짐횟수에서 다짐평가 수행 시 노상 품질 기준에 만족하는 것으로 나타났다.

2차 및 3차 현장시험의 경우 노상 두께 20cm 조건부터 시작하여, 30cm 조건, 40cm 조건 순으로 다짐시험을 실시하였으며, 1차 현장시험과는 달리 1층에서의 다짐시험만을 수행하였다. Table 5는 2차 현장시험 결과를 보여주고 있다. Table 5에 나타난 바와 같이 노상두께 20cm 조건에서 진동롤러 및 타이어롤러 조합 왕복 4회의 다짐부터 시작하여 8회 때까지 PBT를 이용한 K₃₀이 시멘트 포장 노상 품질 기준을 147.1MN/m³을 만족하지 못하는 것으로 나타났으며, 10회 이후에 PBT를 이용한 K₃₀이 기준치를 만족하는 것으로 나타났다. 노상두께 30cm조건의 경우 10회 이후에  PBT를 이용한 K₃₀이 기준치를 만족하지 못하였으며, 추가 4회 다짐 시 기준치를 만족하는 것으로 나타났다. 노상두께 40cm의 경우 다짐횟수를 30회까지 추가하였으나 노상 품질 기준에 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 3차 현장시험결과를 살펴보면, 노상두께 20cm, 30cm, 40cm 조건에서 진동롤러 및 타이어롤러를 조합하여 24회 및 28회 다짐 후 PBT를 이용한 K₃₀과 다짐도 결과가 노상 품질 기준치를 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 28회 다짐횟수에 대한 현장들밀도시험 이후 PBT, DCPT, DPBT의 경우 갑작스러운 우천으로 인하여 3차 현장시험에서는 수행하지 못하였다. 2차 현장시험에서 수행한 DCPT의 경우 PBT를 이용한 K₃₀이 기준치를 만족하지 못하는 경우에도 일반적으로 충분한 지지력을 가졌다고 알려진 DCP Index 15mm/blow 이하를 나타내고 있다. 또한, Table 6에서 보여주고 있는 3차 현장시험 결과에서도 노상두께 40cm를 제외하고 2차 현장시험결과와 같이 DCPT의 경우 PBT를 이용한 K₃₀이 기준치를 만족하지 못하는 경우에도 충분한 지지력을 가졌다고 알려진 DCP Index 15mm/blow 이하를 나타내고 있다. 동평판재하시험으로 측정된 동탄성계수(E_DPBT)을 살펴보면 Table 5에서 나타난 바와 같이 각 노상두께 조건 별 PBT K₃₀이 커질수록 값이 커지는 정비례 관계임을 확인할 수 있다. 

4. 다짐평가기법 상관성 분석

본 연구에서는 1, 2, 3차 현장시험을 통해 얻어진 결과를 바탕으로 각각의 다짐평가 기법에 대한 상관관계를 분석하였다

4.1 평판재하시험결과와 상대다짐도의 상관성 분석

Fig. 8은 1차와 3차 현장시험시공에 진행된 다짐도시험 결과와 PBT 결과를 보여주고 있다. 2차 현장시험시공의 경우 현장상황으로 인하여 현장들밀도시험을 실시하지 못하였다. Fig. 8의 현장함수비 7.2% 조건에서의 다짐도시험 결과와 PBT결과를 살펴보면 1차 현장시험의 경우 통계적으로 약한 상관관계를 나타내고 있으며, 이는 앞서 언급한 시험 시 발생하는 오차로 인한 것으로 판단된다. 3차 현장시험의 경우 현장함수비 10.2% 조건에서의 다짐도와 K₃₀의 상관성을 규명하기에는 너무 적은 데이터라 정확한 분석을 위해서는 향후 좀 더 많은 시험 데이터베이스가 필요함을 알 수 있다.

4.2 동적 콘 관입시험결과와 상대다짐도의 상관성 분석

Fig. 9는 1차와 3차 현장시험시공에 진행된 다짐도시험 결과와 DCPT 결과를 보여주고 있다. 2차 현장시험시공의 경우 현장상황으로 인하여 현장들밀도시험을 실시하지 못하여 다짐도시험 결과와 DCPT 결과의 상관성 분석을 수행하지 못하였다. Fig. 9의 경우 회귀분석 결과 현장함수비 7.2% 조건에서의 1차 현장실험 결과는 다짐도와 DCP Index는 약한 상관관례를 나타내고 있으나, 현장함수비 10.2% 조건에서의 3차 현장실험 결과는 통계적으로 매우 좋은 분포를 나타내고 있다. 기존연구에 따르면 다짐도와 DCP Index와의 관계는 1차 현장실험 결과와 같이 일반적으로 상관관계가 거의 없는 것으로 알려져 있으며, 이는 현장 시험에서 측정된 현장들밀도시험 결과가 비교적 폭넓은 범위를 나타내고 있었던 것으로 기인하고 자갈의 유무에 따라 지반강성의 평가 차이가 나기 때문인 것으로 판단된다(Park and Kim, 212).

4.3 동적 콘 관입시험결과와 평판재하시험결과의 상관성 분석

Fig. 10은 1, 2, 3차 현장시험을 통해 얻어진 PBT결과와 DCPT결과의 상관관계를 나타내고 있다. Fig. 9에서 나타난 바와 같이 현장함수비 9.5% 조건에서의 2차 현장시험결과와 현장함수비 10.2% 조건에서의 3차 현장시험결과는 기존 연구와 비슷한 결과를 나타내지만, 현장함수비 7.2% 조건에서의 1차 현장시험결과는 기존 연구에서 얻어진 결과와 비교하였을 경우 2. 3차 결과에 비해 오차가 많이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 각각 현장시험에서 사용된 성토재료 및 함수비 등의 차이로 인해서 생긴 결과로 판단되어지며, 추후 샘플수를 늘리고 실험의 변동성을 줄여나간다면 충분한 상관관계를 유도할 수 있을 것으로 판단된다.

4.4 동평판재하시험과 평판재하시험결과의 상관성 분석

Fig. 11은 1, 2, 3차 현장시험을 통해 얻어진 PBT결과와 DPBT결과의 상관관계를 나타내고 있으며, Fig. 10에 나타난 PBT결과와 DCPT결과와 달리 회귀분석결과 현장함수비 9.5% 조건에서의 2차 현장시험결과와 현장함수비 10.2% 조건에서의 3차 현장시험결과는 기존 연구와 비슷한 결과를 나타내지 못하고 있는 것으로 나타났다. 추후 충분한 데이터를 통한 DCPT와 DPBT의 상관관계 분석이 필요할 것으로 판단된다.

5. 고 찰

본 연구에서는 현행 국내 포장 하부구조 다짐 판정 기준에서 제시하고 있는 노상 층당 마무리 두께인 20cm 뿐만 아니라 층당 두께가 50% 및 100% 증가된 30cm와 40cm에서 대하여 PBT, 현장들밀도 시험, DCPT, DPBT를 이용하여 노상토의 지지력을 산정하였으며, 다짐평가 기법간의 상관관계를 분석하므로서 효율적인 토공작업을 찾고자 하였다.

노상 층당 다짐 두께를 기준보다 50% 증가시켰을 경우, 1차 현장실험에서는 동일다짐횟수를 기준으로 현행기준인 20cm와 동일한 다짐횟수에서 K₃₀, 다짐도, DCPT Index가 만족하는 것으로 나타났으며, 2차 현장시험의 경우에는 추가 다짐을 통하여 지지력 관련 현행 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 3차 현장시험의 경우 추가 다짐을 실시하여 수행하였으나 모든 경우에서 현행 노상 품질 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

노상 층당 다짐 두께를 기준보다 100% 증가시켰을 경우, 1차 현장시험에서는 다짐횟수를 2배 증가시켜서 K₃₀과 다짐도가 현행 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 2차, 3차 현장시험은 추가 다짐을 실시하였음에도 현행 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

3개소의 현장시험 재료는 우리나라의 시방기준을 모두 만족하고 있음에도 불구하고, 노상의 층당 다짐 두께를 상향 시켰을 때 추가 다짐이 필요하거나, 다짐 횟수를 증가시켜도 현행 기준을 만족시킬 수 없는 상황도 발생하였다. 이것은 현재의 토공재료 기준이 층당 다짐 두께를 20cm로 할 경우에 적합하도록 설정되어 있다는 것으로 파악되며, 층당 다짐 두께를 증가시켜서 적용하기 위해서는 토공재료 기준 또한 강화시키거나, 시험시공 등을 선행하는 사전 확인 등이 필요할 것으로 나타났다.

다짐평가 기법 간 상관관계 분석 결과에 있어서 PBT K₃₀와 DCP Index의 상관관계는 기존 연구와  비슷한 경향을 보였다. 그러나 성토재료 및 함수비에 따르는 PBT K₃₀ 및 DCP Index등과의 상관관계는 경향을 보여주지 못하는 사례도 발생하였다. 그리고 2차 및 3차 현장시험 일부에서 PBT의 K₃₀과 다짐도가 노상 품질 기준에 만족하지 못하는 경우에도 일반적으로 충분한 지지력을 가졌다고 알려진 DCP Index 15mm/blow 이하를 나타내고 있음을 확인하였다. 이것은 DCPT가 PBT 보다 간편하고 비용이 적게 소요되는 대신에 현장의 상황에 다소 민감한 경향을 보이는 것으로 파악되었으며, 현행 기준에서는 DCPT를 사용할 수 있도록 하고 있으나, 현장의 토공재료 등 여건을 감안하여 PBT를 병행하여 적용하여야 할 것으로 나타났다.

노상의 지지력 평가법을 현장에서 비교 검증하는 연구는 다양한 토공재료를 반영하여야 하고, 다짐장비등 중장비를 사용면서, 기상상황의 영향을 고려하여 현장 함수비를 조절하여야 하는 등 많은 비용이 투입되는데 비하여 일정한 경향을 가지는 시험성과를 도출하기는 대단히 어려운 분야이다. 본 연구에서는 시험의 정확도를 높이기 위하여 일반적으로 현장에서 적용하기 어려운 수준으로 세심한 실험을 수행하였으나, 토공사 전반에 적용할 수 있는 경향을 제시하기에 다소 불확실성을 가지고 있는 결과를 얻었다고 판단된다. 향후 토공재료에 따르는 현장의 다짐특성 및 지지력 평가법에 따른 차이를 분석하는 연구가 필요할 것으로 나타났으며, 토공 재료등에서 발생될 수 있는 불확실한 요소를 체계화시킨다면 현장에 그대로 적용할 수 있는 경향성 있는 결과를 도출할 수 있을 것으로 파악되었다.

6. 결 론

노상토의 지지력 평가를 위한 다짐평가기법의 상관성 분석을 위하여, 국내 포장 하부구조 다짐 판정 기준인 노상 층당 마무리 두께인 20cm와 더불어서 30cm와 40cm에서 PBT, 현장 다짐도시험, DCPT, DPBT을 적용하여 노상토의 지지력을 평가하고 상관관계를 비교·분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

(1)우리나라의 시방기준을 모두 만족하고 있는 3개소의 토공재료를 사용하였음에도 불구하고, 노상의 층당 다짐 두께를 상향 시켰을 때 추가 다짐이 필요하거나, 다짐 횟수를 증가시켜도 현행 기준을 만족시킬 수 없는 상황도 발생하였다. 이것은 현재의 토공재료 기준이 층당 다짐 두께를 20cm로 할 경우에 적합하도록 설정되어 있다는 것으로 파악되며, 층당 다짐 두께를 증가시켜서 토공사에 적용하기 위해서는 토공재료 기준 또한 강화시키거나, 시험시공 등을 선행하는 사전 확인등이 필요할 것으로 나타났다.

(2)다짐평가 기법 사이의 상관관계 결과 분석에 있어서 PBT K₃₀와 DCPT Index의 상관관계는 기존 연구와 비슷한 경향을 보였으나 현장시험 일부에서 PBT의 K₃₀과 다짐도가 노상 품질 기준에 만족하지 못하는 경우에도 일반적으로 충분한 지지력을 가졌다고 알려진 DCP Index 15mm/blow 이하를 나타내고 있음을 확인하였다. 이것은 DCPT가 PBT 보다 간편하고 비용이 적게 소요되는 대신에 현장의 상황에 다소 민감한 경향을 보이는 것으로 파악되었으며, 현행 기준에서는 DCPT를 사용할 수 있도록 하고 있으나, 현장의 토공재료등 여건을 감안하여 PBT를 병행하여 적용하여야 할 것으로 나타났다.

(3)다짐장비가 고도화 되고 다양한 분석기기가 정밀화 되어 적용되는 상황에서 노상토의 지지력을 산정하기 위한 평가법 사이의 상관관계에 대한 연구가 중요해지고 있다. 그러나, 평가법에 따라서는 오차 및 분산도가 큰 시험결과를 나타내므로 평가법에서 발생되는 부정확성과 토공재료에서 발생될 수 있는 불확실성이 혼재되어 나타나는 상황이다. 이를 해소하기 위해서 토공재료에 따르는 현장의 다짐특성 및 지지력 평가법의 차이를 파악하는 향후 연구가 필요할 것으로 나타났다.